以前我码过一堆文字《陀螺传奇》,这次就算是该文的续集吧
闲言不叙,书归正传
上回说到【我有什么权利或资格发表这些评论?】
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不知从何时起,我就对陀螺非常着迷
你看他,失去平衡却倔强地不肯倒下,反而整体出现水平旋转
这个现象令我迷惑不解,因为可能从开始学走路的那一天我就知道,要保持平衡,否则就会摔跤
尽管那时的记忆已经不复存在,但是这条铁律已经深深地印在我的脑海中,必将直到我消失的那一刻
尽管我接受过高等教育,也知道角动量定理dL=Mdt,但是始终解不开这个情结
看到圆盘状的物件,经常会拿在手里把玩,让他一边自转,一边绕竖直轴转动,不明白他为什么会这样
终于有一天,我忽然发现,圆盘边缘上的质点,速度变化很有规律
该质点在随圆盘自转一周的过程中,其速率是变化的,他在加速减速、加速减速
分离出垂直盘面方向的速度,就是v(t)=RΩsinωt
Ω……进动角速度
ω……自转角速度
R……圆盘半径
这类似简谐运动的速度变化,一定具有相应的加速度,而且必然应该是余弦形式
经多方求证,终于找到了这个加速度
a(t)=2ΩωRcosωt
正是这个加速度,导致所有质点加速减速的周期变化,使圆盘形成了绕竖直轴的旋转(进动),而不会绕3-9轴旋转(倒下)
根据【外力是改变物体运动状态的原因】可知,质点不会自己出现加速度
那么,这个a(t)=2ΩωRcosωt从哪里来?
当然,任何人的眼睛都会盯住那两个F
圆盘受到两个外力F作用,将会出现角加速度α=M/I
I……圆盘对3-9轴的转动惯量
M……两个F形成的力偶
而圆盘边缘质点,将会出现垂直盘面方向的线加速度
a(θ)=αr=αRcosθ
考虑圆盘在自转,θ=ωt,那么,质点在随圆盘自转一周的过程中,获得的加速度是变化的
a(t)=αRcosωt
哈哈,这不正是质点们变速运动需要的加速度吗?
a(t)=αRcosωt=2ΩωRcosωt→v(t)=RΩsinωt
他来自外力F形成的力偶M,迫使所有质点加速减速,形成圆盘的进动(=不倒)
外力F,不但没能使圆盘绕3-9轴旋转(倒下),反而使得圆盘出现了绕12-6轴的旋转(进动)
至此,最初的陀螺心结已经彻底解开
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副产品
αRcosωt=2ΩωRcosωt
整理得:
Ω=M/2Iω=M/Jω
(经典力学规则进动角速度公式)
闲言不叙,书归正传
上回说到【我有什么权利或资格发表这些评论?】
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不知从何时起,我就对陀螺非常着迷
你看他,失去平衡却倔强地不肯倒下,反而整体出现水平旋转
这个现象令我迷惑不解,因为可能从开始学走路的那一天我就知道,要保持平衡,否则就会摔跤
尽管那时的记忆已经不复存在,但是这条铁律已经深深地印在我的脑海中,必将直到我消失的那一刻
尽管我接受过高等教育,也知道角动量定理dL=Mdt,但是始终解不开这个情结
看到圆盘状的物件,经常会拿在手里把玩,让他一边自转,一边绕竖直轴转动,不明白他为什么会这样
终于有一天,我忽然发现,圆盘边缘上的质点,速度变化很有规律
该质点在随圆盘自转一周的过程中,其速率是变化的,他在加速减速、加速减速
分离出垂直盘面方向的速度,就是v(t)=RΩsinωt
Ω……进动角速度
ω……自转角速度
R……圆盘半径
这类似简谐运动的速度变化,一定具有相应的加速度,而且必然应该是余弦形式
经多方求证,终于找到了这个加速度
a(t)=2ΩωRcosωt
正是这个加速度,导致所有质点加速减速的周期变化,使圆盘形成了绕竖直轴的旋转(进动),而不会绕3-9轴旋转(倒下)
根据【外力是改变物体运动状态的原因】可知,质点不会自己出现加速度
那么,这个a(t)=2ΩωRcosωt从哪里来?
当然,任何人的眼睛都会盯住那两个F
圆盘受到两个外力F作用,将会出现角加速度α=M/I
I……圆盘对3-9轴的转动惯量
M……两个F形成的力偶
而圆盘边缘质点,将会出现垂直盘面方向的线加速度
a(θ)=αr=αRcosθ
考虑圆盘在自转,θ=ωt,那么,质点在随圆盘自转一周的过程中,获得的加速度是变化的
a(t)=αRcosωt
哈哈,这不正是质点们变速运动需要的加速度吗?
a(t)=αRcosωt=2ΩωRcosωt→v(t)=RΩsinωt
他来自外力F形成的力偶M,迫使所有质点加速减速,形成圆盘的进动(=不倒)
外力F,不但没能使圆盘绕3-9轴旋转(倒下),反而使得圆盘出现了绕12-6轴的旋转(进动)
至此,最初的陀螺心结已经彻底解开
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副产品
αRcosωt=2ΩωRcosωt
整理得:
Ω=M/2Iω=M/Jω
(经典力学规则进动角速度公式)